爱荷华州立大学地质学家揭示自然现象之间的相互作用

爱达荷州立大学地质学家的研究对自然界两大最强大的力量——火山和风之间的相互作用有了新的认识。

科学家们利用最先进的计算机模型，试图确定火山爆发时风如何影响火山羽流(喷入大气的岩石、灰烬和气体混合物)。

“我们假设，在适当的条件下，风会破坏羽流的稳定性，将羽流的内容物送到地面，并将其变成危险的地面流(也称为火山碎屑密度流或火山碎屑流)，就像杀庞贝古城所有人的那种东西一样，”爱达荷州立大学地球科学系教授兼系主任香农·科布斯·纳沃尼亚克(ShannonKobsNawotniak)解释道。

为了获取数据，研究人员利用爱达荷国家实验室的高性能计算中心模拟了全球三个不同地点的火山喷发：俄勒冈州的塞勒姆、阿拉斯加州的金鲑鱼和厄瓜多尔的特雷斯埃斯基纳斯。他们求助于超级计算机和基于物理的模型，因为像该团队想要研究的爆炸性喷发太危险且不切实际，无法获取实时数据。对于这三个地点，研究小组在模型中输入了不同的风速和高度、火山口大小、大气条件、喷发强度等。在模拟了近1,000次火山喷发后，该团队得到了答案。“我们发现风会导致羽流坍缩成火山碎屑流，但它需要吹到火山顶部以上的特定高度，”爱达荷州立大学前博士生、现任美国地质调查局喀斯喀特火山观测站门登霍尔博士后研究员TylerPaladino说。

“我们还发现，如果风吹到大气层更高的地方，风会稀释和稳定羽流，”KobsNawotniak说。“此外，我们发现非常大的喷发不受任何高度的风的影响。”“还有一些羽流动力学现象出乎意料，”Paladino补充道。“在一些中等风速的模拟中，羽流底部会产生这些小的灰烬手指——外观类似于乳状云——它们会随着羽流向下延伸到地面。”

全球约有8亿人(约占十分之一)居住在距离活火山65英里以内的地方。该团队的数据将有助于建立更好的计算机模型来分析火山喷发，并为我们了解过去的火山喷发可能如何展开提供一扇窗口。研究结果还将帮助火山学家在火山喷发即将开始或正在进行时做出决策。

“如果风力合适，当地火山观测站可以利用这项研究的结果做出更保守的疏散决定，”帕拉迪诺说。“此外，火山灰预报办公室可以更准确地预测火山爆发期间顺风方向社区会遭遇多少火山灰。”

“火山通常会有一系列典型的喷发行为，因此在火山危机发生之前，最重要的事情就是尽可能完整地记录该火山的过去行为，”KobsNawotniak解释道。“我们的研究结果可用于更新对所有可能发生大规模爆发的活火山的解释，包括美国的雷尼尔山、冰岛的埃亚菲亚德拉冰盖、墨西哥的波波卡特佩特火山等。”